JPH0329581B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、応力歪図でみた弾性限度（永久歪
を生じない応力の最大限度）における歪が大き
く、航空機用構造材等として有用な炭素繊維強化
プラスチツクに関する。[Detailed Description of the Invention] Industrial Application Field This invention is directed to carbon fiber-reinforced carbon fibers which have a large strain at the elastic limit (maximum limit of stress that does not cause permanent deformation) as seen in a stress-strain diagram and are useful as structural materials for aircraft. Regarding plastics.
従来の技術
炭素繊維織物とマトリクス樹脂とからなる炭素
繊維強化プラスチツク（CFRP）は周知である。
しかして、そのようなCFRPは、金属材料にくら
べて比強度や比弾性率が高いことから、いろいろ
な分野で構造材として多用されているが、特に高
い信頼性が要求される航空機等においては、破壊
しても安全な飛行に支障のない、いわゆる２次構
造材としての使用がほとんどであつて、１次構造
材には依然としてアルミニウム合金が多く使われ
ている。その主たる理由は、CFRPは応力歪図で
みた弾性限度における歪が小さく、脆性破壊につ
ながりやすいからである。したがつて、弾性限度
における歪を大きくすることができれば、より広
い用途への使用が期待できる。BACKGROUND OF THE INVENTION Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) made of carbon fiber fabric and matrix resin are well known.
However, since CFRP has higher specific strength and specific modulus than metal materials, it is widely used as a structural material in various fields, but it is especially used in aircraft etc. where high reliability is required. Aluminum alloys are mostly used as secondary structural materials, which do not affect safe flight even if they are destroyed, and aluminum alloys are still often used as primary structural materials. The main reason for this is that CFRP has small strain at its elastic limit as seen in a stress-strain diagram, which tends to lead to brittle fracture. Therefore, if the strain at the elastic limit can be increased, it can be expected to be used in a wider range of applications.
ところで、炭素繊維織物は、それに固有の性質
として、経糸と緯糸がそれらの交錯点において屈
曲している。そのため、そのような織物を使用し
たCFRPに応力が加わると、上記屈曲部に応力が
集中し、その結果、CFRPは、炭素繊維自身がも
つ強度よりもはるかに低い強度で破壊してしま
う。そこで、この破壊の過程を微視的に観察して
みると、破壊は、まず、応力の作用方向に対して
直交する方向に延びる織糸間でマトリクス樹脂に
クラツクができ、そのクラツクの延長上にある、
応力の作用方向に延びる織糸の一部が破壊する。
応力がさらに大きくなつてくると、クラツクの数
が加速度的に増大し、CFRPは、ついに、ほとん
ど一気に破壊してしまう。すなわち、強度を支配
するのは、応力集中によるマトリクス樹脂の破壊
であり、これは、炭素繊維自身の特性をいくら改
善しても解決できない。しかしながら、一方で、
マトリクス樹脂のみの特性を改善することによつ
て解決できるものでもない。炭素繊維とマトリク
ス樹脂との好適な組み合せがあるのである。 By the way, as a characteristic inherent to carbon fiber fabrics, the warp and weft yarns are bent at their intersection points. Therefore, when stress is applied to a CFRP made of such a fabric, the stress is concentrated at the bent portion, and as a result, the CFRP breaks at a strength far lower than that of the carbon fibers themselves. Therefore, when we microscopically observe this fracture process, we find that the fracture first occurs when a crack is created in the matrix resin between the weaving threads extending in a direction perpendicular to the direction of stress, and then as an extension of the crack. It is in,
A portion of the threads extending in the direction of stress break.
As the stress becomes even greater, the number of cracks increases at an accelerated rate, and the CFRP eventually breaks almost all at once. That is, what controls the strength is the destruction of the matrix resin due to stress concentration, and this cannot be solved no matter how much the properties of the carbon fiber itself are improved. However, on the other hand,
Nor can this problem be solved by improving the properties of the matrix resin alone. There is a suitable combination of carbon fiber and matrix resin.
発明が解決しようとする問題点
この発明は、特定の炭素繊維織物と、特定のマ
トリクス樹脂とを組み合わせて使用することによ
つて上述した問題点を解決せんとするもので、そ
の目的とするところは、弾性限度における歪が大
きいCFRPを提供することにある。Problems to be Solved by the Invention This invention attempts to solve the above-mentioned problems by using a specific carbon fiber fabric in combination with a specific matrix resin. The object of the present invention is to provide a CFRP with a large strain at the elastic limit.
問題点を解決するための手段
上記目的を達成するために、この発明において
は、炭素繊維織物とマトリクス樹脂とからなる炭
素繊維強化プラスチツクであつて、前記炭素繊維
は、
(イ) 引張強度が少なくとも500Kg／mm2であり、
(ロ) 引張弾性率が少なくとも28×103Kg／mm2であ
り、
(ハ) 引張破断伸度が少なくとも1.7％であり、
前記織物は、
(ニ) 経糸と緯糸の繊度が互いに等しく、
(ホ) 経糸と緯糸の密度が互いに等しく、
前記マトリクス樹脂は、
(ヘ) 引張破断伸度が少なくとも3.5％であり、
(ト) ガラス転移点が少なくとも160℃である、
ことを特徴とする炭素繊維強化プラスチツクが提
供される。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides a carbon fiber reinforced plastic made of a carbon fiber fabric and a matrix resin, wherein the carbon fibers (a) have a tensile strength of at least 500 Kg/mm 2 , (b) a tensile modulus of at least 28×10 3 Kg/mm 2 , (c) a tensile elongation at break of at least 1.7%, and (d) warp and weft yarns. (e) the warp and weft densities are equal to each other; (f) the matrix resin has a tensile elongation at break of at least 3.5%; and (g) a glass transition point of at least 160°C. A carbon fiber reinforced plastic is provided.
この発明で使用する炭素繊維は、平均単糸径が
１〜7μm程度で、かつ横断面積が0.03〜0.25mm2程
度のものであるが、JIS R7601に規定される方法
によつて測定したとき、引張強度が少なくとも
500Kg／mm2であり、引張弾性率が少なくとも28×
103Kg／mm2であり、引張伸度が少なくとも1.7％で
あるものでなければならない。そのような炭素繊
維は、たとえば次のようにして製造することがで
きる。 The carbon fibers used in this invention have an average single fiber diameter of about 1 to 7 μm and a cross-sectional area of about 0.03 to 0.25 mm2 , but when measured by the method specified in JIS R7601, Tensile strength is at least
500Kg/ mm2 and tensile modulus of at least 28×
10 3 Kg/mm 2 and a tensile elongation of at least 1.7%. Such carbon fibers can be manufactured, for example, as follows.
すなわち、アクリロニトリルを少なくとも85重
量％含む重合体を湿式紡糸したり、乾、湿式紡糸
したり、乾式紡糸して、繊度が１デニール以下で
あるような細繊度のアクリル繊維を得る。このと
き、溶液状の重合体をフイルタに通し、不純物や
内部ボイドなどを除去しておくのがよい。 That is, a polymer containing at least 85% by weight of acrylonitrile is wet-spun, dry-wet-spun, or dry-spun to obtain acrylic fibers having a fineness of 1 denier or less. At this time, it is preferable to pass the polymer solution through a filter to remove impurities and internal voids.
次に、上記アクリル繊維を、空気中にて、かつ
伸長下に200〜350℃に加熱し、で耐炎化する。こ
れに先立つて、アクリル繊維の単糸にシリコーン
を１〜２重量％程度付着させておくと、単糸同士
の融着を防止できるので好ましい。 Next, the acrylic fiber is heated to 200 to 350° C. in air while being stretched to make it flame resistant. Prior to this, it is preferable to attach about 1 to 2% by weight of silicone to the single yarns of the acrylic fibers, since this can prevent the single yarns from fusing together.
次に、上記耐炎化繊維を、窒素ガスやアルゴン
ガスなどの不活性雰囲気中にて、かつ伸長下に
300〜800℃に加熱して第１次炭素化処理を施し、
さらに、不活性雰囲気中にて、かつ緊張下に1300
〜1600℃に加熱して第２次炭素化処理を施し、炭
素繊維を得る。 Next, the flame-resistant fibers are stretched in an inert atmosphere such as nitrogen gas or argon gas.
First carbonization treatment is performed by heating to 300-800℃,
1300 in an inert atmosphere and under tension.
A secondary carbonization treatment is performed by heating to ~1600°C to obtain carbon fibers.
別の方法としては、アクリロニトリルを主成分
とする重合体溶液をフイルターで濾過し、凝固浴
中に吐出し、得られた湿潤糸を水洗し、延伸し、
さらに油剤による処理と乾燥の工程を経て、単糸
径が１〜10μm程度であるプリカーサーを形成す
る。 Another method involves filtering a polymer solution containing acrylonitrile as a main component, discharging it into a coagulation bath, washing the resulting wet yarn with water, and stretching it.
Further, through treatment with an oil agent and drying steps, a precursor having a single filament diameter of about 1 to 10 μm is formed.
次に、上記プリカーサーを空気中にて200〜350
℃に加熱して酸化し、さらに不活性雰囲気中にて
少なくとも1000℃に加熱して炭素化し、原料炭素
繊維を得る。 Next, apply the above precursor in the air for 200 to 350 minutes.
C. for oxidation, and further heated to at least 1000.degree. C. for carbonization in an inert atmosphere to obtain raw carbon fibers.
次に、上記原料炭素繊維を、硝酸を主成分とす
る無機酸水溶液中で電解処理し、表面の結晶性が
損われない範囲で表面層を除去する。 Next, the raw carbon fiber is electrolytically treated in an aqueous inorganic acid solution containing nitric acid as a main component to remove the surface layer to the extent that the crystallinity of the surface is not impaired.
次に、電解処理後の原料炭素繊維を不活性ガス
中にて500〜800℃に加熱し、電解処理によつて生
じた官能基を、樹脂との接着性が損われない程度
に不活性化し、炭素繊維を得る。 Next, the electrolytically treated raw carbon fiber is heated to 500 to 800°C in an inert gas to inactivate the functional groups generated by the electrolytically treated to an extent that the adhesiveness with the resin is not impaired. , obtain carbon fiber.
さて、上述した炭素繊維による織物は、経糸と
緯糸に同一の炭素繊維を使用し、平織したり、朱
子織するなどして得る。このとき、経糸と緯糸の
密度を互いに等しくする。もつとも、密度はそれ
ほど厳密に等しくしなくてもよい。なお、炭素繊
維に15ターン／ｍ程度までの撚を加えておくと、
織成効果が容易になる。 The above-mentioned carbon fiber woven fabric uses the same carbon fiber for the warp and weft, and is obtained by plain weaving or satin weaving. At this time, the warp and weft densities are made equal to each other. However, the densities do not have to be exactly equal. In addition, if the carbon fiber is twisted up to about 15 turns/m,
The weaving effect is facilitated.
織物の、単位面積あたりの炭素繊維体積は、80
〜200cm3／m2程度である。比重が1.81で、横断面
積が0.03〜0.18mm2で、撚数が15ターン／ｍ以下で
ある炭素繊維を用いたとき、平織で80〜115cm3／
m2、平織の変化組織である２×２のバスケツト織
で105〜140cm3／m2、４枚朱子織、５枚朱子織、８
枚朱子織で140〜180cm3／m2程度が最適である。横
断面積が0.18mm2を越え、0.25mm2までのものを使用
したときは、平織で100〜150cm3／m2、４枚朱子
織、５枚朱子織、８枚朱子織で150〜200cm3／m2程
度が最適である。単位面積あたりの炭素繊維体積
をこのような範囲にすることにより、経糸と緯糸
との交錯点における屈曲がより小さくなる。これ
は、上述した応力集中を回避するうえで好ましい
ことである。 The carbon fiber volume per unit area of the fabric is 80
It is about ~200cm 3 /m 2 . When using carbon fiber with a specific gravity of 1.81, a cross-sectional area of 0.03 to 0.18 mm2 , and a twist number of 15 turns/m or less, a plain weave of 80 to 115 cm3 /m is used.
m2 , 2x2 basket weave which is a variation of plain weave, 105-140cm3 / m2 , 4-ply satin weave, 5-ply satin weave, 8
A sheet satin weave of 140 to 180 cm 3 /m 2 is optimal. When using a cross-sectional area of more than 0.18 mm 2 and up to 0.25 mm 2 , the width is 100 to 150 cm 3 /m 2 for plain weave, 150 to 200 cm 3 for 4-ply satin weave, 5-ply satin weave, and 8-ply satin weave . / m2 is optimal. By setting the carbon fiber volume per unit area within such a range, the bending at the intersection of the warp and weft becomes smaller. This is preferable in order to avoid the stress concentration mentioned above.
織物は、通常、CFRPが疑似等方になるよう
に、経糸または緯糸の方向を少しづつずらせなが
ら層状に配置する。いわゆる疑似等方積層であ
る。したがつて、その場合、CFRPは疑似等方
CFRPとなる。ただ、弾性限度における歪を測定
する場合には、測定誤差を小さくするため、経糸
同士または緯糸同士を合わせるようにする。 Fabrics are usually arranged in layers with the warp or weft directions slightly shifted so that the CFRP becomes pseudo-isotropic. This is a so-called pseudo-isotropic stack. Therefore, in that case, CFRP is pseudo-isotropic
It becomes CFRP. However, when measuring strain at the elastic limit, warps or wefts are aligned to reduce measurement errors.
マトリクス樹脂は、JIS K7113に規定された方
法によつて測定した引張破断伸度が少なくとも
3.5％であり、かつASTM Ｄ 3418に規定され
る方法によつて測定したガラス転移点が少なくと
も160℃であるものである。 The matrix resin must have a tensile elongation at break measured by the method specified in JIS K7113.
3.5% and has a glass transition point of at least 160°C as measured by the method specified in ASTM D 3418.
そのようなマトリクス樹脂は、エポキシ樹脂と
硬化剤と、さらに必要に応じて硬化触媒とから調
製される。 Such a matrix resin is prepared from an epoxy resin, a curing agent, and, if necessary, a curing catalyst.
エポキシ樹脂は、分子中に１個以上、好ましく
は２個以上のエポキシ基をもつ化合物である。そ
のような化合物には、アミン類や、フエノール類
や、炭素−炭素２重結合から誘導される化合物な
どがある。アミン類から誘導される化合物として
は、テトラグリシジルジアミノジフエニルメタ
ン、トリグリシジル−Ｐ−アミノフエノール、ト
リグリシジル−ｍ−アミノフエノールなどがあ
る。また、フエノール類から誘導されるものとし
ては、ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフ
エノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフエノールＦ型
エポキシ樹脂、フエノールノボラツク型エポキシ
樹脂、クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂、ク
レゾールノボラツク型エポキシ樹脂、ブロム化ビ
スフエノールＡ型エポキシ樹脂などがある。さら
に、炭素−炭素２重結合を有する化合物から誘導
されるものとしては、脂環式エポキシ樹脂などが
あげられる。これらのエポキシ樹脂のなかでも、
アミン類から誘導されるエポキシ樹脂、なかでも
テトラグリシジルジアミノジフエニルメタンは、
耐熱性が良好であるばかりか、炭素繊維との接着
性に優れているので好ましい。このような、アミ
ン類から誘導されるエポキシ樹脂と、ビスフエノ
ールＡ型エポキシ樹脂やビスフエノールＦ型エポ
キシ樹脂とを混合して使用すると、引張破断伸度
がより高いマトリクス樹脂が得られるようになる
ので好ましい。また、ブロム化ビスフエノールＡ
型エポキシ樹脂と混合すると、耐熱性がより高い
マトリクス樹脂が得られるようになるので好まし
い。 An epoxy resin is a compound having one or more, preferably two or more, epoxy groups in its molecule. Such compounds include amines, phenols, and compounds derived from carbon-carbon double bonds. Examples of compounds derived from amines include tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidyl-P-aminophenol, and triglycidyl-m-aminophenol. In addition, those derived from phenols include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin, and cresol novolak type epoxy resin. type epoxy resin, brominated bisphenol A type epoxy resin, etc. Furthermore, examples of those derived from compounds having a carbon-carbon double bond include alicyclic epoxy resins and the like. Among these epoxy resins,
Epoxy resins derived from amines, especially tetraglycidyldiaminodiphenylmethane,
It is preferable because it not only has good heat resistance but also excellent adhesion to carbon fibers. When such an epoxy resin derived from amines is used in combination with a bisphenol A type epoxy resin or a bisphenol F type epoxy resin, a matrix resin with higher tensile elongation at break can be obtained. Therefore, it is preferable. In addition, brominated bisphenol A
Mixing with a type epoxy resin is preferable because a matrix resin with higher heat resistance can be obtained.
上述したエポキシ樹脂には、粘度を適度に高め
て成形性を向上させたり、靭性を向上させる目的
で、30重量％以下の範囲で熱可塑性樹脂やエラス
トマーを添加することができる。そのような熱可
塑性樹脂としては、たとえば、ポリビニルホルマ
ール、ポリビニルアセタール、ポリアミド、ポリ
エステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホ
ン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリ
アミドイミド、ポリエーテルアミド、ポリエーテ
ルエステルなどがある。また、エラストマーとし
ては、液状ゴムや固形ゴムがあるが、カルボン酸
基や、アミノ基や、エポキシ基などの官能基を有
するものが好ましい。 A thermoplastic resin or elastomer can be added to the above-mentioned epoxy resin in an amount of 30% by weight or less in order to appropriately increase the viscosity to improve moldability or improve toughness. Examples of such thermoplastic resins include polyvinyl formal, polyvinyl acetal, polyamide, polyester, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyarylate, polyamideimide, polyetheramide, and polyetherester. Elastomers include liquid rubber and solid rubber, but those having functional groups such as carboxylic acid groups, amino groups, and epoxy groups are preferred.
硬化剤としては、メタフエニレンジアミン、ジ
アミノジフエニルメタン、ジアミノジフエニルス
ルホン、アミノ安息香酸エステルなどの芳香族ア
ミン系硬化剤を使用できる。また、ジシアンジア
ミドを使用できる。さらに、ビス（パラキドロキ
シフエニル）スルホンで代表されるフエノール系
硬化剤を使用できる。これらの硬化剤と、いわゆ
る硬化触媒である三フツ化ホウ素や、アミン錯体
や、イミダゾール化合物を併用してもよい。ま
た、トルエンジイソシアネートとジメチルアミン
との付加反応によつて得られる尿素化合物を併用
してもよい。 As the curing agent, aromatic amine curing agents such as metaphenylene diamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenyl sulfone, and aminobenzoic acid ester can be used. Also, dicyandiamide can be used. Furthermore, a phenolic curing agent typified by bis(parahydroxyphenyl)sulfone can be used. These curing agents may be used in combination with so-called curing catalysts such as boron trifluoride, amine complexes, and imidazole compounds. Further, a urea compound obtained by an addition reaction between toluene diisocyanate and dimethylamine may be used in combination.
マトリクス樹脂としては、また、ビスマレイミ
ド樹脂を使用することができる。 Bismaleimide resin can also be used as matrix resin.
ビスマレイミド樹脂は、マレイミド基を２〜５
個含む化合物である。そのようなビスマレイミド
樹脂には、ビス（４−マレイミドフエニル）メタ
ンなどがある。ビスマレイミド樹脂は、エポキシ
樹脂よりも耐熱性が高いが、引張破断伸度は低い
ので、上述した熱可塑性樹脂やエラストマーと混
合して用いるのが好ましい。なお、ビスマレイミ
ド樹脂には、通常、上述したエポキシ樹脂や、芳
香族アミンや、ビニル基を有する化合物や、アリ
ル基を有する化合物などを混合して用いる。 Bismaleimide resin has 2 to 5 maleimide groups.
It is a compound containing Such bismaleimide resins include bis(4-maleimidophenyl)methane. Bismaleimide resin has higher heat resistance than epoxy resin, but has lower tensile elongation at break, so it is preferably used in combination with the above-mentioned thermoplastic resin or elastomer. Note that the bismaleimide resin is usually used in combination with the above-mentioned epoxy resin, aromatic amine, a compound having a vinyl group, a compound having an allyl group, and the like.
マトリクス樹脂は、また、シアン酸エステル基
を有する樹脂であつてもよい。 The matrix resin may also be a resin having cyanate ester groups.
シアン酸エステル基を有する樹脂は、シアン酸
エステル基を２〜５個有するもので、具体的に
は、２，2′−ビス（４−シアナトフエニル）プロ
パンなどがある。シアン酸エステル基を有する樹
脂は、エポキシ樹脂よりも耐熱性が高い反面、引
張破断伸度が低いので、これもまた、上述した熱
可塑性樹脂やエラストマーと混合して用いるのが
好ましい。なお、シアン酸エステル基を有する樹
脂には、通常、上述したエポキシ樹脂や、芳香族
アミンや、ビニル基を有する化合物や、アリル基
を有する化合物などを混合して用いる。 The resin having cyanate ester groups is one having 2 to 5 cyanate ester groups, and specifically includes 2,2'-bis(4-cyanatophenyl)propane. Although resins having cyanate ester groups have higher heat resistance than epoxy resins, they also have lower tensile elongation at break, so they are also preferably used in combination with the above-mentioned thermoplastic resins and elastomers. Note that the resin having a cyanate ester group is usually used in combination with the above-mentioned epoxy resin, an aromatic amine, a compound having a vinyl group, a compound having an allyl group, or the like.
さて、上述した炭素繊維織物とマトリクス樹脂
とからなるCFRPの成形は、周知のどのような方
法であつてもよいが、プリプレグ法によるのが簡
単である。ただ、目の粗い織物を使用する場合に
は、織物をプリプレグ化した後、加熱、加圧ロー
ルでカレンダー加工し、織物の目がなくなる程度
まで経糸および緯糸を拡げておくのが好ましい。
そうすることにより、経糸と緯糸の交錯点におけ
るそれらの屈曲をより少なくできる。なお、
CFRP中における炭素繊維量は、50〜65体積％で
あるのが好ましい。すなわち、50体積％未満では
マトリクス樹脂が過多な部分を生ずることがあ
り、また65体積％を越えると単糸間の間隔が狭く
なることがあり、いずれの場合も好ましくない。 Now, the CFRP made of the above-mentioned carbon fiber fabric and matrix resin may be formed by any known method, but it is easy to use the prepreg method. However, when using a coarse woven fabric, it is preferable to prepreg the woven fabric and then calender it with heated and pressurized rolls to spread the warp and weft yarns to the extent that the woven fabric has no openings.
By doing so, the bending of the warp and weft at the intersection point can be reduced. In addition,
The amount of carbon fiber in CFRP is preferably 50 to 65% by volume. That is, if it is less than 50% by volume, the matrix resin may be present in an excessive amount, and if it exceeds 65% by volume, the spacing between the filaments may become narrow, which is not preferable in either case.
以下、実施例および比較例に基いてこの発明を
さらに詳細に説明する。 Hereinafter, this invention will be explained in more detail based on Examples and Comparative Examples.
実施例 １
比重が1.81、平均単糸径が5.1μm、単糸数が
6000本、横断面積が0.123mm2であり、引張強度が
576Kg／mm2、引張弾性率が29.1×103Kg／mm2、引張
破断伸度が1.98％である炭素繊維を用い、経糸密
度と緯糸密度がともに4.4本／cm、単位面積あた
りの炭素繊維体積が108cm3／m2である平織物を用
意した。Example 1 Specific gravity is 1.81, average single yarn diameter is 5.1 μm, and number of single yarns is
6000 pieces, the cross-sectional area is 0.123mm2 , and the tensile strength is
Using carbon fiber with a tensile modulus of 576 Kg/mm 2 , a tensile modulus of 29.1×10 3 Kg/mm 2 , and a tensile elongation at break of 1.98%, the warp density and weft density are both 4.4 threads/cm, and the carbon fiber per unit area. A plain woven fabric having a volume of 108 cm 3 /m 2 was prepared.
一方、ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂である
油化シエルエポキシ株式会社製“エピコート”
828を35重量部、テトラグリシジルジアミノジフ
エニルメタンである住友化学工業株式会社製
ELM434を35重量部、ブロム化ビスフエノールＡ
型エポキシ樹脂である大日本インキ株式会社製
“エピクロン”152を30重量部とり、混合し、さら
に硬化剤としてジアミノジフエニルスルホンを32
重量部添加、混合してマトリクス樹脂を調製し
た。このマトリクス樹脂をオーブン中で180℃に
て２時間加熱し、硬化させて得た２mm厚の板の引
張破断伸度は4.4％であつた。また、ガラス転移
点は220℃であつた。 On the other hand, "Epicote" manufactured by Yuka Ciel Epoxy Co., Ltd. is a bisphenol A type epoxy resin.
35 parts by weight of 828, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.
35 parts by weight of ELM434, brominated bisphenol A
Take 30 parts by weight of "Epicron" 152 manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd., which is a type epoxy resin, and mix it, and then add 32 parts by weight of diaminodiphenylsulfone as a curing agent.
A matrix resin was prepared by adding and mixing parts by weight. This matrix resin was heated in an oven at 180° C. for 2 hours to cure it, and the tensile elongation at break of a 2 mm thick plate was 4.4%. Moreover, the glass transition point was 220°C.
次に、上記織物に、上記マトリクス樹脂を、炭
素繊維量が35重量％になるように含浸し、織物プ
リプレグを得た。 Next, the fabric was impregnated with the matrix resin so that the amount of carbon fibers was 35% by weight to obtain a fabric prepreg.
次に、上記織物プリプレグを、その経糸方向を
揃えて６枚積層し、オートクレーブ成形して、
1.1mm厚のCFRP板を得た。このCFRP板の炭素繊
維量は、58.7体積％であつた。 Next, six sheets of the above-mentioned woven prepreg were laminated with their warp directions aligned, and autoclave molded.
A CFRP board with a thickness of 1.1 mm was obtained. The amount of carbon fiber in this CFRP board was 58.7% by volume.
次に、上記CFRP板から、経糸方向を長手方向
とする、長さ230mm、幅25mm、の試験片を切り出
し、その中央部にストレンゲージを貼り付け、両
端部にはタブを取り付け、１mm／分の速度で引張
試験をし、歪をストレンゲージで検出した。 Next, a test piece with a length of 230 mm and a width of 25 mm, with the warp direction as the longitudinal direction, was cut out from the CFRP board, a strain gauge was attached to the center, and tabs were attached to both ends. A tensile test was carried out at a speed of 1, and the strain was detected using a strain gauge.
試験の結果、弾性限度における歪は1.35％であ
り、破断歪は1.39％であつた。また、弾性限度に
おける引張強度は110Kg／mm2、弾性限度に至る間
の引張弾性率は8.1×103Kg／mm2、最終引張強度は
117Kg／mm2であつた。 As a result of the test, the strain at the elastic limit was 1.35%, and the strain at break was 1.39%. In addition, the tensile strength at the elastic limit is 110 Kg/mm 2 , the tensile modulus while reaching the elastic limit is 8.1×10 3 Kg/mm 2 , and the final tensile strength is
It was 117Kg/ mm2 .
実施例 ２
織物として、上記炭素繊維の、経糸密度と緯糸
密度がともに7.5本／cm、単位面積あたりの炭素
繊維体積が176cm3／m2である８枚朱子織物を使用
したほかは実施例１と同様にして、厚みが1.7mm
で、炭素繊維量が61.9体積％であるCFRP板を得
た。ただし、プリプレグは、織物の表裏の関係が
厚み中心からみて対称になるよう４枚積層した。Example 2 Example 1 except that an 8-ply satin fabric of the above-mentioned carbon fibers having a warp density and a weft density of 7.5 pieces/cm and a carbon fiber volume per unit area of 176 cm 3 /m 2 was used as the fabric. Similarly, the thickness is 1.7mm.
Thus, a CFRP board with a carbon fiber content of 61.9% by volume was obtained. However, four sheets of prepreg were laminated so that the front and back sides of the fabric were symmetrical when viewed from the center of thickness.
次に、上記CFRP板について実施例１と同様の
試験をしたところ、弾性限度における歪は1.24％
であり、破断歪は1.34％であつた。また、弾性限
度における引張強度は105Kg／mm2、弾性限度に至
る間の引張弾性率は8.2×103Kg／mm2、最終引張強
度は113Kg／mm2であつた。 Next, when the above CFRP board was subjected to the same test as in Example 1, the strain at the elastic limit was 1.24%.
The strain at break was 1.34%. Further, the tensile strength at the elastic limit was 105 Kg/mm 2 , the tensile modulus while reaching the elastic limit was 8.2×10 3 Kg/mm 2 , and the final tensile strength was 113 Kg/mm 2 .
比較例 １
樹脂として、テトラグリシジルアミノジフエニ
ルメタンである住友化学工業株式会社製ELM434
を62重量部、トリグリシジル−ｍ−アミノフエノ
ールである住友化学工業株式会社製ELM120を17
重量部、フエノールノボラツク型エポキシ樹脂で
ある米国ダウ・ケミカル社製DEN485を22重量部
とり、さらに硬化剤としてジアミノジフエニルス
ルホンを45重量部をとり、混合してマトリクス樹
脂を調製した。この樹脂の硬化板の引張破断伸度
は2.7％であつた。また、ガラス転移点は230℃で
あつた。マトリクス樹脂としてこれを使用したほ
かは実施例１と全く同様にして、厚みが1.08mm
で、炭素繊維量が60体積％であるCFRP板を得
た。Comparative Example 1 The resin is ELM434 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., which is tetraglycidylaminodiphenylmethane.
and 17 parts by weight of ELM120, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., which is triglycidyl-m-aminophenol.
A matrix resin was prepared by taking 22 parts by weight of DEN485, a phenol novolak type epoxy resin manufactured by Dow Chemical Co., USA, and further taking 45 parts by weight of diaminodiphenylsulfone as a curing agent. The tensile elongation at break of a cured plate of this resin was 2.7%. Moreover, the glass transition point was 230°C. The process was exactly the same as Example 1 except that this was used as the matrix resin, and the thickness was 1.08 mm.
Thus, a CFRP board with a carbon fiber content of 60% by volume was obtained.
上記CFRP板を実施例１と同様に試験したとこ
ろ、弾性限度における歪は1.14％であり、破断歪
は1.14％であつた。また、弾性限度における引張
強度は95Kg／mm2、弾性限度に至る間の引張弾性率
は8.2×103Kg／mm2、最終引張強度は95Kg／mm2であ
つた。 When the above CFRP board was tested in the same manner as in Example 1, the strain at the elastic limit was 1.14%, and the strain at break was 1.14%. Further, the tensile strength at the elastic limit was 95 Kg/mm 2 , the tensile modulus during reaching the elastic limit was 8.2×10 3 Kg/mm 2 , and the final tensile strength was 95 Kg/mm 2 .
比較例 ２
マトリクス樹脂として比較例１で使用したもの
を用いたほかは実施例２と全く同様にして、厚み
が1.76mmで、炭素繊維量が60体積％であるCFRP
板を得た。Comparative Example 2 CFRP with a thickness of 1.76 mm and a carbon fiber content of 60% by volume was prepared in the same manner as in Example 2 except that the matrix resin used in Comparative Example 1 was used.
Got the board.
上記CFRP板を実施例１と同様に試験したとこ
ろ、弾性限度における歪は1.00％であり、破断歪
は1.32％であつた。また、弾性限度における引張
強度は79Kg／mm2、弾性限度に至る間の引張弾性率
は7.8×103Kg／mm2、最終引張強度は104Kg／mm2で
あつた。 When the above CFRP board was tested in the same manner as in Example 1, the strain at the elastic limit was 1.00%, and the strain at break was 1.32%. Further, the tensile strength at the elastic limit was 79 Kg/mm 2 , the tensile modulus while reaching the elastic limit was 7.8×10 3 Kg/mm 2 , and the final tensile strength was 104 Kg/mm 2 .
発明の効果
この発明のCFRPは、引張強度が少なくとも
500Kg／mm2であり、引張弾性率が少なくとも28×
103Kg／mm2であり、引張破断伸度が少なくとも1.7
％である炭素繊維からなる、経糸と緯糸の繊度が
互いに等しく、経糸と緯糸の密度が互いに等しい
織物と、引張破断伸度が少なくとも3.5％であり、
ガラス転移点が少なくとも160℃であるマトリク
ス樹脂とからなるものであるからして、実施例に
も示したように弾性限度における歪が大きく、信
頼性が高い。弾性限度における歪は、1.2％以上
にもなる。そのため、この発明のCFRPは、航空
機用構造材や、高速で回転する遠心分離機などの
構造材として極めて好適である。Effects of the invention The CFRP of this invention has a tensile strength of at least
500Kg/ mm2 and tensile modulus of at least 28×
10 3 Kg/mm 2 and a tensile elongation at break of at least 1.7
%, the fineness of the warp and weft are equal to each other, the density of the warp and weft is equal to each other, and the tensile elongation at break is at least 3.5%,
Since it is made of a matrix resin having a glass transition point of at least 160° C., as shown in the examples, the strain at the elastic limit is large and the reliability is high. The strain at the elastic limit is more than 1.2%. Therefore, the CFRP of the present invention is extremely suitable as a structural material for aircraft, a centrifugal separator that rotates at high speed, and the like.
Claims (1)
素繊維強化プラスチツクであつて、前記炭素繊維
は、 (イ) 引張強度が少なくとも500Kg／mm2であり、 (ロ) 引張弾性率が少なくとも28×103Kg／mm2であ
り、 (ハ) 引張破断伸度が少なくとも1.7％であり、 前記織物は、 (ニ) 経糸と緯糸の繊度が互いに等しく、 (ホ) 経糸と緯糸の密度が互いに等しく、 前記マトリクス樹脂は、 (ヘ) 引張破断伸度が少なくとも3.5％であり、 (ト) ガラス転移点が少なくとも160℃である、 ことを特徴とする炭素繊維強化プラスチツク。[Scope of Claims] 1. A carbon fiber reinforced plastic consisting of a carbon fiber fabric and a matrix resin, wherein the carbon fibers (a) have a tensile strength of at least 500 Kg/mm 2 , and (b) have a tensile modulus of elasticity of at least 500 Kg/mm 2 . ( c ) the tensile elongation at break is at least 1.7%; (d) the fineness of the warp and weft are equal to each other; and (e) the density of the warp and weft. are equal to each other, and the matrix resin has (f) a tensile elongation at break of at least 3.5%, and (g) a glass transition point of at least 160°C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61281918A JPS63135232A (en) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | Carbon fiber reinforced plastic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61281918A JPS63135232A (en) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | Carbon fiber reinforced plastic |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63135232A JPS63135232A (en) | 1988-06-07 |
| JPH0329581B2 true JPH0329581B2 (en) | 1991-04-24 |
Family
ID=17645768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61281918A Granted JPS63135232A (en) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | Carbon fiber reinforced plastic |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63135232A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0715265Y2 (en) * | 1988-10-03 | 1995-04-10 | ソニー株式会社 | Headphone device |
| JP3136883B2 (en) * | 1994-01-28 | 2001-02-19 | 東レ株式会社 | Carbon fiber reinforced resin composite and prepreg |
| JPH10231372A (en) * | 1996-12-18 | 1998-09-02 | Toray Ind Inc | Prepreg and its production |
-
1986
- 1986-11-28 JP JP61281918A patent/JPS63135232A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63135232A (en) | 1988-06-07 |
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